(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長２５０ｎｍ以下の光を光源とする光学装置内で使用される光学部材用合成石英ガラスであって、
当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な面内の光学的に有効な領域内において、前記主たる光軸方向に平行な方向から測定された、複屈折率ＢＲおよび進相軸方向θｘｙから定義される値ＢＲｃｏｓ２θｘｙの平均値を光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと定義し、
当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な方向から測定された複屈折率の最大値をオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘと定義した場合、下記式（１−１）および下記式（２−１）が成立し、
前記主たる光軸方向における屈折率分布Δｎが２×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であり、前記オフ軸方向における屈折率分布Δｎが５×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする光学部材用合成石英ガラス。
ただし、前記ＢＲ、前記θｘｙ、前記ＢＲｍａｘ、および前記Δｎの数値は波長６３３ｎｍにおける測定値であり、複屈折率の単位はｎｍ／ｃｍである。
−１．０≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０．０        ・・・（１−１）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦１．０                        ・・・（２−１）
【請求項２】
波長２５０ｎｍ以下の光を光源とする光学装置内で使用される光学部材用合成石英ガラスであって、
当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な面内の光学的に有効な領域内において、前記主たる光軸方向に平行な方向から測定された、複屈折率ＢＲおよび進相軸方向θｘｙから定義される値ＢＲｃｏｓ２θｘｙの平均値を光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと定義し、
当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な方向から測定された複屈折率の最大値をオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘと定義した場合、下記式（１−２）および下記式（２−１）が成立し、
前記主たる光軸方向における屈折率分布Δｎが２×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であり、前記オフ軸方向における屈折率分布Δｎが５×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする光学部材用合成石英ガラス。
ただし、前記ＢＲ、前記θｘｙ、前記ＢＲｍａｘ、および前記Δｎの数値は波長６３３ｎｍにおける測定値であり、複屈折率の単位はｎｍ／ｃｍである。
０．０＜ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦１．０        ・・・（１−２）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦１．０                      ・・・（２−１）
【請求項３】
前記光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと、前記オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが、それぞれ下記式（１−３）および下記式（２−２）の範囲を満たす、請求項１に記載の光学部材用合成石英ガラス。
−０．３≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０．０        ・・・（１−３）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦０．５                        ・・・（２−２）
【請求項４】
前記光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと、前記オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが、それぞれ下記式（１−４）および下記式（２−２）の範囲を満たす、請求項２に記載の光学部材用合成石英ガラス。
０．０＜ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦０．３        ・・・（１−４）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦０．５                      ・・・（２−２）
【請求項５】
請求項１または３に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、
１１００℃から急冷開始温度までの平均冷却速度を１．３℃／ｈｏｕｒ以下で冷却し、
１０２０℃以上の急冷開始温度から８５０℃以下のいずれかの温度まで３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、
かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３以上０．４５ｇ／ｃｍ３以下の多孔質石英ガラス体を、１１００℃以上１２５０℃以下の温度で、５０Ｐａ以下の減圧雰囲気で、６０時間以上保持して脱水する処理と、
透明石英ガラス成形体を１０２０℃以上１０５０℃以下のいずれかの温度から、８５０℃以下のいずれかの温度まで、３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理と、
を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【請求項７】
請求項２または４に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、
急冷を開始する直前の冷却速度を１．０℃／ｈｏｕｒ以下で冷却し、
９００℃以上１０２０℃未満のいずれかの急冷開始温度から８５０℃以下のいずれかの温度まで３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【請求項８】
請求項４に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、
かさ密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３以下の多孔質石英ガラス体を、１１００℃以上１２５０℃以下の温度で、５０Ｐａ以下の減圧雰囲気で、４０時間以上６０時間以下保持して脱水する処理と、
透明石英ガラス成形体を１０５０℃以上１１００℃以下のいずれかの温度から、８５０℃以下のいずれかの温度まで、３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理と、
を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置の光学部材用合成石英ガラスに関する技術であり、特に複屈折率、およびその進相軸の分布制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの回路パターンの微細化により、露光装置においては投影レンズ光学系の開口数を高くすることが求められている。開口数が高くなればなるほど、パターン回折光のウェハ表面上への入射角度は浅くなる。すなわちウェハ表面に対して平行に近い角度で入射する。そのような浅い入射角での結像においては、ｐ偏光、すなわち入射する２本以上の光線の軌跡で定義される平面に平行な方向の偏光による結像コントラストの劣化が顕著となる。このため、ｐ偏光成分を含めずｓ偏光のみをウェハ表面まで導くことが重要である。このように、高開口数化技術を利用した微細パターン結像においては、コントラスト向上のために回折光の偏光の制御は極めて重要となる。【０００３】
したがって、複屈折は、その偏光の制御性に大きな影響を与え、結像特性を劣化させるため、露光装置の開口数が高くなればなるほどそこで用いられる光学材料には低い複屈折率が要求される。一方、露光装置の光学系においては複数の合成石英ガラスおよびその他材料からなる光学部材が使用されている。このため、実際のウェハ表面での結像特性に関係する複屈折率は、正しくは、レチクルより発生した回折光がウェハに至るまでに通る全ての光学部材の複屈折を積算したものに相当する（以下、この複屈折率を、光路積算複屈折率と呼ぶこととする。）。この光路積算複屈折率を低くするためには、同一光学系に含まれる個々の光学部材の複屈折率を相当程度低減させる方法（１）のほか、同一光学系に含まれる複数の光学部材における進相軸方向の組合せを利用した複屈折率の相殺により低減させる方法（２）もある。【０００４】
上記方法（１）として、個々の光学部材に用いられる合成石英ガラスの複屈折率を低減するには、合成石英ガラス中の残留応力を除去することが良い。製造工程において、適切な大きさおよび形状に成形された透明ガラス体に対して、適切な冷却処理を行うことが有効であると知られている。適切な冷却処理としては、例えば、合成石英ガラス中の残留応力を解放するために高温下で充分長時間保持し、かつ冷却時に新たな残留応力を発生させないために冷却速度を充分低くする方法や、逆に冷却時に発生する残留応力を積極的に利用し所望の残留応力分布を得るために冷却速度をやや速くする方法などが挙げられる。前者の方法は、冷却処理に要する時間が長くなるため、生産性が著しく低下する、または処理環境からの不純物汚染が生じやすくなる、などの欠点がある。【０００５】
一方、上記方法（２）について、２つの光学部材からなる光学系の場合を例にとり、以下に説明する。Ａ、Ｂ２つの合成石英ガラスからなる光学部材の複屈折率が同じであって、かつ進相軸方向が互いに直交するような分布を有する場合、光学部材Ａの進相軸と同Ｂの遅相軸が同一方向に重なるため、２つの光学部材の複屈折は相殺され、光路積算複屈折率はゼロになる。【０００６】
したがって、複数の光学部材からなる光学系の光路積算複屈折率を低減するには、上記方法（１）に加え、上記方法（２）を利用することが有効である。特に、個々の光学部材の複屈折率の低減の要求が製造上極めて厳しいレベルに到達しつつあることから、方法（２）は今後重要性を増すことが予想され、そのために光学部材の進相軸方向を制御することが必要となる。【０００７】
上記の要件を鑑み、例えば特許文献１、２では、合成石英ガラスの進相軸方向を制御する製造方法が提案されている。これらの方法では、合成石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度分布を制御することにより、所望の進相軸方向の分布を得ている。【０００８】
一方、最近、以下のような問題が指摘されるようになってきた。上述の複屈折率の値は全て、光学部材メーカーが材料を出荷する際の形状、一般には単純円柱体での値であるが、レンズ形状に加工された状態で測定された複屈折率が加工前の値と変化する場合があるという問題である。加工前後での複屈折率の変化量が大きい場合、露光装置メーカーが材料購入時に予め想定していた複屈折率と異なるため、所望の光路積算複屈折率が得られない。この加工前後での複屈折率の変化の原因としては、レンズ加工時に生じる加工ひずみの影響などが考えられるが、合成石英ガラスの厚み方向の応力分布状態に由来するという仮説が現在最も有力である。【０００９】
該仮説は、厚み方向において局所的に応力の高い部分が含まれる場合、加工後の複屈折率に大きな変化を生じさせるという説である。従来の複屈折率は、主たる光軸方向に平行な方向から観測された複屈折率のことを指しており、それはすなわち合成石英ガラスの厚み方向で積算された値であるため、厚み方向の各点での応力状態は不明であった。このため、レンズ形状加工後の複屈折率の変化を小さくするために、合成石英ガラスの厚み方向の各点での応力を小さくすることが必要とされている。応力を測定する手段である複屈折率測定はその測定光の光路で積算された値しか得られないため、合成石英ガラスの３次元的な各点における局所応力値を実測することは本来難しい。しかしその代替として、主たる光軸方向と垂直な方向から測定された複屈折率、すなわちオフ軸方向の複屈折率が、レンズ形状加工後の複屈折率の変化量を推測する上での指標となりえる。このオフ軸方向の複屈折率が小さいほど、加工後の複屈折率の変化量も小さいと言われている。このことから、近年の露光装置に用いられる光学部材においては、主たる光軸の方向に垂直な成分の複屈折率の低減も要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本国特開２００７−２２３８８８号公報
【特許文献２】日本国特開２００７−２２３８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、光学部材用合成石英ガラスにおいては、光軸方向の進相軸方向の制御やオフ軸方向の複屈折率の低減が要求されていた。【００１２】
しかし、実際の露光装置における光学系には、合成石英ガラスのほか、水晶、フッ化カルシウム、または高屈折率光学材料等の結晶系光学部材も用いられている。さらには光学部材表面での反射による損失を抑制するための光学部材表面の反射防止膜なども光学部材に含まれる。それぞれの光学部材はそれぞれ異なる複屈折率を有しており、結晶系光学部材や表面に反射防止膜などを成膜した光学部材の場合はそれ以上の低減が不可能であり、光学的に無視できない大きさの真性複屈折率を有するものが多い。ゆえに実際の露光装置においては、そのような複数種類の光学部材の複屈折率を全て積算して考慮する必要がある。従って上述のような光学部材の真性複屈折率を相殺させる場合には、合成石英ガラスからなる光学部材には、該真性複屈折率の進相軸と直交する方向の進相軸を呈し、かつ、該真性複屈折率とバランスするような、ゼロではないある有限な大きさの複屈折率が求められる。また、露光装置の光学系は数十枚の光学部材から構成されており、光学系内の部位によって光学部材に求められる複屈折率の値が異なる場合もある。【００１３】
このようなことから、近年の露光装置に用いられる合成石英ガラスからなる光学部材においては、光軸方向の進相軸方向の制御やオフ軸方向の複屈折率の低減のみならず、光軸方向の複屈折率の大きさをゼロではない任意な値に細かく制御することが求められる。【００１４】
しかし、光学部材用合成石英ガラスにおいて、このような、複屈折率を任意の値に制御することは、従来極めて困難であった。そこで、本発明は、光軸方向の進相軸方向が制御され、オフ軸方向の複屈折率が低減されるとともに、光軸方向の複屈折率の大きさが任意の値に制御された光学部材用合成石英ガラスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は以下の要旨を有する。
［１］波長２５０ｎｍ以下の光を光源とする光学装置内で使用される光学部材用合成石英ガラスであって、当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な面内の光学的に有効な領域内において、前記主たる光軸方向に平行な方向から測定された、複屈折率ＢＲおよび進相軸方向θｘｙから定義される値ＢＲｃｏｓ２θｘｙの平均値を光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと定義し、当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な方向から測定された複屈折率の最大値をオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘと定義した場合、下記式（１−１）および下記式（２−１）が成立し、前記主たる光軸方向における屈折率分布Δｎが２×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であり、前記オフ軸方向における屈折率分布Δｎが５×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする光学部材用合成石英ガラス。
ただし、前記ＢＲ、前記θｘｙ、前記ＢＲｍａｘ、および前記Δｎの数値は波長６３３ｎｍにおける測定値であり、複屈折率の単位はｎｍ／ｃｍである。【００１６】
−１．０≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０．０        ・・・（１−１）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦１．０                        ・・・（２−１）【００１７】
［２］波長２５０ｎｍ以下の光を光源とする光学装置内で使用される光学部材用合成石英ガラスであって、当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な面内の光学的に有効な領域内において、前記主たる光軸方向に平行な方向から測定された、複屈折率ＢＲおよび進相軸方向θｘｙから定義される値ＢＲｃｏｓ２θｘｙの平均値を光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと定義し、当該光学部材の主たる光軸方向に対し、垂直な方向から測定された複屈折率の最大値をオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘと定義した場合、下記式（１−２）および下記式（２−１）が成立し、前記主たる光軸方向における屈折率分布Δｎが２×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であり、前記オフ軸方向における屈折率分布Δｎが５×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする光学部材用合成石英ガラス。
ただし、前記ＢＲ、前記θｘｙ、前記ＢＲｍａｘ、および前記Δｎの数値は波長６３３ｎｍにおける測定値であり、複屈折率の単位はｎｍ／ｃｍである。【００１８】
０．０＜ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦１．０        ・・・（１−２）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦１．０                      ・・・（２−１）【００１９】
［３］前記光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと、前記オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが、それぞれ下記式（１−３）および下記式（２−２）の範囲を満たす、［１］に記載の光学部材用合成石英ガラス。【００２０】
−０．３≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０．０        ・・・（１−３）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦０．５                        ・・・（２−２）【００２１】
［４］前記光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙと、前記オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが、それぞれ下記式（１−４）および下記式（２−２）の範囲を満たす、［２］に記載の光学部材用合成石英ガラス。【００２２】
０．０＜ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦０．３        ・・・（１−４）
０．０≦ＢＲｍａｘ≦０．５                      ・・・（２−２）【００２４】
［５］［１］または［３］に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、１１００℃から冷却開始温度まで１．３℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却し、１０２０℃以上の冷却開始温度から８５０℃以下のいずれかの温度まで３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【００２５】
［６］［３］に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３以上０．４５ｇ／ｃｍ３以下の多孔質石英ガラス体を、１１００℃以上１２５０℃以下の温度で、５０Ｐａ以下の減圧雰囲気で、６０時間以上保持して脱水する処理と、透明石英ガラス成形体を１０２０℃以上１０５０℃以下のいずれかの温度から、８５０℃以下のいずれかの温度まで、３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理と、を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【００２６】
［７］［２］または［４］に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、急冷を開始する直前まで１．０℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却し、９００℃以上１０２０℃未満のいずれかの急冷開始温度から８５０℃以下のいずれかの温度まで３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【００２７】
［８］［４］に記載の光学部材用合成石英ガラスの製造方法であって、かさ密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３以下の多孔質石英ガラス体を、１１００℃以上１２５０℃以下の温度で、５０Ｐａ以下の減圧雰囲気で、４０時間以上６０時間以下保持して脱水する処理と、透明石英ガラス成形体を１０５０℃以上１１００℃以下のいずれかの温度から、８５０℃以下のいずれかの温度まで、３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却する処理と、を含むことを特徴とする光学部材用合成石英ガラスの製造方法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光学部材用合成石英ガラスによれば、光軸方向の進相軸方向が制御され、オフ軸方向の複屈折率が低減されるとともに、光軸方向の複屈折率の大きさが任意の値に制御される。【００２９】
本発明の光学部材用合成石英ガラスの製造方法によれば、光学部材用合成石英ガラスの光軸方向の進相軸方向が制御され、オフ軸方向の複屈折率が低減されるとともに、光軸方向の複屈折率の大きさが任意の値に制御される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】合成石英ガラスの斜視図
【図１Ｂ】合成石英ガラスを光軸方向から見た平面図
【図１Ｃ】合成石英ガラスをオフ軸方向から見た平面図
【図１Ｄ】オフ軸方向の複屈折率を測定する領域を示す図
【図２】合成石英ガラスにおける光軸方向の複屈折の評価点の位置および進相軸方向の模式図
【図３Ａ】光軸方向の複屈折率において理想的な放射方向の進相軸を持つ合成石英ガラスの平面図
【図３Ｂ】光軸方向の複屈折率において理想的な同心円接線方向の進相軸を持つ合成石英ガラスの平面図
【図４】機能膜が付与された光学部材（機能膜付き光学部材）の側面図
【図５】光軸方向の平均複屈折率およびオフ軸方向の最大複屈折率の好ましい範囲を示す座標図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
まず、本発明の光学部材の材料となる合成石英ガラスの進相軸の定義について以下に説明する。本発明の対象となる光学部材用合成石英ガラスにおいて、進相軸には主たる光軸方向における進相軸と、オフ軸方向における進相軸が存在する。
【００３２】
図１Ａ〜１Ｃは、光学部材用合成石英ガラスの一例を示す。合成石英ガラスは気相反応などを利用して化学的に合成される石英ガラスであり、低膨張率、高透過率、高化学的安定性等の優れた化学的、物理的性質を有するため、フォトマスク用基板、スキャナ用レンズなど、種々の光学部材に好適に用いられるものである。本発明において特に着目される用途であるスキャナ用レンズに用いられることを想定した光学部材用合成石英ガラスは、図１Ａ〜１Ｃに示すように、およそ円柱体である。
【００３３】
そして、図１Ａに示すように、円柱体の上下面に垂直な方向を主たる光軸方向と定義し、また、前記円柱体の中心軸を含む断面において主たる光軸方向に垂直な方向をオフ軸方向と定義する。すなわち、図１Ａにおける矢印Ａ方向が主たる光軸方向に相当し、矢印Ｂ方向がオフ軸方向に相当する。
【００３４】
図１Ｂは、オフ軸方向における進相軸の分布の一例を示している。オフ軸方向における進相軸とは、オフ軸と平行な方向から観測される進相軸を意味する。図１Ｃにおいては、円柱体の上下面の近傍においては上下面に対し平行な方向、すなわち主たる光軸方向に対し垂直な方向に進相軸ＦＨが観測され、一方、上下面から離れた、高さ方向の中心付近では上下面と垂直な方向、すなわち主たる光軸方向に対し平行な方向に進相軸ＦＶが観測されている。
【００３５】
ただし、図１Ｃはあくまで一例であり、図１Ｃで示したオフ軸方向における進相軸方向の分布とは異なる分布をもつ合成石英ガラスおよび光学部材も存在する。ただし、いかなる場合も、複屈折率およびその進相軸方向は、残留応力の大きさと方向に対応して決定されることが一般的である。
【００３６】
本発明においては、オフ軸方向から観測される複屈折率ＢＲＯＦＦ、および進相軸ＦＨまたはＦＶが存在すること、さらには当該複屈折率ＢＲＯＦＦのうちの最大値であるオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが重要である。
【００３７】
本発明においては、光学部材用合成石英ガラスの主たる光軸に平行である円柱体の側面上にあって、主たる光軸方向に平行な任意の線（例えば図１Ｄに記載の円柱体の側面上の太い実線）上において測定された複屈折率を、オフ軸方向の複屈折率ＢＲＯＦＦと定義する。
【００３８】
オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘの値の求め方は、一般的には、前記評価面上において、主たる光軸方向に平行な任意線上を走査し測定された複屈折率のうち、ある指定の範囲におけるオフ軸方向の複屈折率ＢＲＯＦＦの最大値をオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘとする。ここで本発明における指定の範囲とは、図１Ｄに示すように、主たる光軸方向、すなわち円柱体の中心軸に沿って、円柱体の厚み中心の位置を０％、上向き表面の位置を＋１００％、下向き表面の位置を−１００％と定義した場合、−５０％〜＋５０％の位置の範囲とする。
【００３９】
次に、図１Ａにおいて矢印Ａで示される光軸方向における進相軸および複屈折率について説明する。主たる光軸方向における進相軸とは、主たる光軸と平行な方向から測定される進相軸を意味する。
【００４０】
図２は、図１Ａ〜Ｃの合成石英ガラスにおいて、光軸に対し垂直な平面、すなわち図１Ｂで示した平面における、複屈折評価点の位置および主たる光軸方向における進相軸方向を幾何的に示した模式図である。図２において、Ｏは合成石英ガラスの中心軸の位置を示し、この点を図２にて示される座標系の原点とする。また、原点Ｏを通る座標軸として任意の方向にＸ軸を取り、またＸ軸に直交する座標軸としてＹ軸を定める。Ｐは合成石英ガラスの任意の複屈折評価点、Ｆ２は複屈折評価点Ｐにおける主たる光軸方向における進相軸、Ｒｘｙは原点Ｏと複屈折評価点Ｐとを結ぶ直線とＸ軸とのなす角度、Ｄｘｙは複屈折評価点Ｐにおける進相軸Ｆ２とＸ軸とのなす角度を示す。進相軸Ｆ２の長さは、光軸方向における複屈折の大きさを示すものとしている。
【００４１】
任意の複屈折評価点ＰにおけるＲｘｙとＤｘｙとの差の絶対値が９０°以下の場合、下記式（３）に基づいて光軸に対して垂直な平面上の各位置における進相軸方向θｘｙを定義する。また、複屈折評価点ＰにおけるＲｘｙとＤｘｙとの差の絶対値が９０°を越える場合、下記式（４）に基づいてθｘｙを定義する。
【００４２】
０°≦｜Ｒｘｙ−Ｄｘｙ｜≦９０°の場合：
θｘｙ＝｜Ｒｘｙ−Ｄｘｙ｜      ・・・（３）
【００４３】
９０°＜｜Ｒｘｙ−Ｄｘｙ｜≦１８０°の場合：
θｘｙ＝１８０−｜Ｒｘｙ−Ｄｘｙ｜      ・・・（４）
【００４４】
このように進相軸方向θｘｙを定義すると、θｘｙは０°以上９０°以下の範囲の値をとる。任意の複屈折評価点Ｐにおけるθｘｙが０°の場合は、進相軸は図３Ａに示すような理想的な放射方向（Radial Orientation）の方向特性を示す。また、θｘｙが９０°の場合は、進相軸は図３Ｂに示すような理想的な同心円接線方向（Tangential Orientation）の方向特性を示す。一方、θｘｙがそれら以外の中間的な角度、つまりθｘｙが０°を超え９０°を超えない範囲の値である場合、本発明においては次のように分類する。任意の複屈折評価点Ｐにおけるθｘｙが４５°未満の場合は放射方向、一方、θｘｙが４５°以上の場合は同心円接線方向と、それぞれ進相軸の方向特性を定義する。
【００４５】
ところで、露光装置において用いられる光学部材には、合成石英ガラスや、光源に近く光量が強い部位で主に用いられる水晶、およびフッ化カルシウムなどがある。さらにそれらのほか、光学部材表面での反射損失を低減する目的から光学部材の表面に反射防止膜（ＡＲコート）や、他の種類の機能膜が成膜されることが一般的である。図４は、光学部材としての両凸レンズ２０に機能膜（ここでは反射防止膜）３０をコーティングして完成される機能膜付き光学部材４０を示す。
【００４６】
合成石英ガラスからなる光学部材の主たる光軸方向における複屈折率の調整に当たっては、一般的に、図２の複屈折評価点Ｐのような特定の点のみにおける複屈折率に注目するのではなく、主たる光軸方向に垂直な面内の光学的に有効な領域全体における複屈折率が検討される。ここで光学的に有効な領域とは、光学部材の中で実際に光軸が通過しうる領域のことを指し、露光装置内での光学部材の機械的な支持に要する部位を除いた領域のことを言う。より具体的には、本発明においては、光学部材外周面より１０ｍｍ以上内側の領域を光学的に有効な領域と定義する。そこで、本発明においては、主たる光軸方向に垂直な面内の光学的に有効な領域全体における複屈折率の平均であるＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙの値を調整し、機能膜が付与されたときに好適な主たる光軸方向の複屈折率を得ることとしている。
【００４７】
ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙの値の求め方は、一般的には、光学部材用合成石英ガラスの主たる光軸方向に垂直な面内の光学的に有効な領域内における複屈折評価点Ｐにおける複屈折率ＢＲ、および進相軸方向θｘｙを測定し、評価点ＰにおけるＢＲｃｏｓ２θｘｙを算出後、光学的に有効な領域内の全ての評価点で算出されたＢＲｃｏｓ２θｘｙの平均値を光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙとする。本発明では、光学的に有効な領域内において１０ｍｍの間隔の直交格子を定めその各交点を複屈折評価点Ｐとし、この評価点Ｐで複屈折率ＢＲ、および進相軸方向θｘｙを測定することにより光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙを求めている。
【００４８】
例えば、所定の複屈折率を有するフッ化カルシウムからなる光学部材と組み合わせて使用される光学部材用合成石英ガラスに対しては、合成石英ガラスからなる光学部材に求められる主たる光軸方向の複屈折率はゼロではなく、フッ化カルシウムからなる光学部材の主たる光軸方向の複屈折率をおおむね相殺するように、主たる光軸方向の平均複屈折率としてゼロではない値を求められる場合もある。したがって、合成石英ガラスからなる光学部材の使用状況にあわせて、主たる光軸方向の平均複屈折率を所定の値に設定することは、好適な露光装置を得るために重要な要素である。
【００４９】
上記を鑑み、光軸方向の平均の複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは、以下の式（１−１）、あるいは式（１−２）の式で表される範囲に設定されるのが望ましい。
【００５０】
−１．０≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０．０        ・・・（１−１）
０．０≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦１．０        ・・・（１−２）
【００５１】
ただし、ＢＲ、θｘｙの数値は波長６３３ｎｍにおける測定値であり、ＢＲの単位はｎｍ／ｃｍである。上述したように、評価点Ｐのそれぞれ１点においては、θｘｙが０°以上４５°未満の場合は、放射方向の進相軸を有する複屈折率が定義され、その場合ＢＲｃｏｓ２θｘｙは正の値となる。また、θｘｙが４５°以上９０°以下の場合は、接線方向の進相軸を有する複屈折率が定義され、ＢＲｃｏｓ２θｘｙは負の値となる。一方、式（１−１）および式（１−２）で示されるような、光学部材用合成石英ガラスの光学的に有効な領域の全体に対しては、上述に倣い、光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙが正となる場合において、おおむね放射方向の進相軸を有する複屈折率となり、またＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙが負となる場合において、おおむね接線方向の進相軸を有する複屈折率となる。なお、ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙが式（１−１）または（１−２）の範囲をいずれも外れる場合は、合成石英ガラス以外の光学部材も含めた全ての光学部材を通過することで生じる積算複屈折率をゼロにすることが極めて困難となる。
【００５２】
上記範囲に光学部材のＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙが設定されることにより、特定の機能膜の光学部材への付与後、好適な光軸方向の複屈折率をもつ機能膜付き光学部材が得られることが期待される。
【００５３】
さらに、光軸方向の平均の複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは、水晶やフッ化カルシウム、反射防止膜との組合せを考慮し、合成石英ガラスの使用状況に合わせて、以下の式（１−３）、式（１−４）で表される範囲に設定されるのがより好ましい。
【００５４】
−０．３≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０．０        ・・・（１−３）
０．０＜ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦０．３        ・・・（１−４）
【００５５】
前述したように、レンズ形状への加工前後での複屈折率変化を小さくするためには、オフ軸方向の複屈折率を小さくすることが望ましい。
【００５６】
具体的には、オフ軸方向における複屈折率の最大値であるオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘは、以下の式（２−１）で表される範囲に設定されるのが望ましい。
【００５７】
０．０≦ＢＲｍａｘ≦１．０                      ・・・（２−１）
【００５８】
上記範囲に光学部材のオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが設定されることにより、光学的に好ましい光学部材を得ることができる。一方、オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘが式（２−１）の範囲を超えると、レンズ形状加工後の複屈折率が大きく変化してしまい、光学設計の観点から制御されるべき複屈折率と実際の加工後の光学部材の複屈折率に差異が生じる懸念がある。
【００５９】
またさらには、オフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘは、以下の式（２−２）で表される範囲に設定されるのがより好ましい。
【００６０】
０．０≦ＢＲｍａｘ≦０．５                        ・・・（２−２）
【００６１】
ただし、ＢＲｍａｘの数値は波長６３３ｎｍにおける測定値であり、ＢＲｍａｘの単位はｎｍ／ｃｍである。
【００６２】
図５は、光軸方向の平均複屈折率およびオフ軸方向の最大複屈折率の値をプロットする座標図であり、横軸は光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙを示し、縦軸はオフ軸方向の最大複屈折率ＢＲｍａｘを示す。一点鎖線で示された範囲は、上記式（１−１）、式（２−１）および式（１−２）で示される範囲に対応し、本発明における複屈折率の範囲である。なお、ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＞０が、図３Ａで示されるような進相軸方向が放射方向となる場合に相当し、一方、ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜０が、図３Ｂで示されるような進相軸方向が接線方向となる場合に相当する。また、点線で示された範囲は、上記式（１−３）、式（２−２）、および式（１−４）で示される範囲に対応し、本発明における複屈折率のより好ましい範囲である。
【００６３】
上述した複屈折率を設定するためには、合成石英ガラスの製造過程において、オフ軸方向および主たる光軸方向の進相軸方向の制御が必要となる。
【００６４】
発明者らは、オフ軸方向の複屈折率を低減する、すなわち式（２−１）を満足する、さらには式（２−２）の式を満足するためには、主たる光軸方向と平行な方向の温度勾配を、合成石英ガラスの上下面のごく近傍において著しく大きくし、合成石英ガラスの厚み内部で小さくするような熱処理条件を与えることが重要であることを見出した。このことにより、大きな応力は表面近傍にのみ生じ、その部分を除去すれば複屈折率を低減することが可能となる。これらは具体的には次のような方法によって実現することができる。
【００６５】
合成石英ガラス成形体の冷却工程において、ひずみの消滅および形成に効果的に作用する温度領域での冷却速度を最適化することにより、合成石英ガラスの主たる光軸方向に平行な方向の温度勾配を、上下２面のごく近傍の層で大きく、それより内部で小さくすることが可能となる。このような温度勾配の分布を達成することにより、同方向でのひずみ分布もおよそこの温度勾配に倣い、合成石英ガラスの上下２面のごく近傍の層にのみひずみの大きな領域ができるが、一方それより内部の領域では急速にひずみの大きさが小さくなる。ゆえに表面近傍のわずかな領域の高ひずみ層を機械的あるいは化学的に除去することにより、最終的に得られる合成石英ガラスの、主たる光軸方向の複屈折率を低減することができる。このような温度勾配を実現するためには、急冷を行うことが適当であり、冷却速度が高いほど高ひずみ層は薄くなり、後の除去が容易となる。一方、過度に冷却速度が高い場合は熱処理炉や冶具などへの負担が大きくなるなどの理由のため好ましくない。具体的には、冷却工程における冷却過程において、３℃／ｈｏｕｒ以上の冷却速度で冷却する領域を設ける。その冷却速度はより好ましくは、１０℃／ｈｏｕｒ以上であることが望ましい。なお、冷却速度の上限は、熱処理炉や冶具の状態にも依存するが、およそ１００℃／ｈｏｕｒ以下とすることが好ましい。またこの冷却速度を設ける温度領域は、９００℃以上１２００℃以下の範囲のいずれかの温度より開始され、８５０℃以下のいずれかの温度まで継続される。より好ましくは、この開始温度は９５０℃以上１１００℃以下とし、８００℃以下のいずれかの温度まで継続されることが好ましい。
【００６６】
また、本発明者らは、主たる光軸方向の複屈折率の大きさおよび進相軸方向は、冷却工程の冷却速度と、合成石英ガラスに含まれるＯＨ基濃度の分布の２つの因子によって決定されることを見出した。ＯＨ基濃度と進相軸方向との関係に関する基本的な原理は、特許文献１および２に記載されたものと同じである。ただし本発明において、新たに、冷却工程の冷却条件と主たる光軸方向の複屈折率の大きさおよび進相軸方向との相互の因果関係を発見した。主たる光軸方向の複屈折率の大きさおよび進相軸方向の制御について、以下、進相軸方向が接線方向になるよう制御する場合、すなわち式（１−１）を満たすように制御する場合と、進相軸方向が放射方向になるよう制御する場合、すなわち式（１−２）を満たすよう制御する場合のそれぞれに分けて説明する。
【００６７】
なお、ここで、本発明におけるＯＨ基濃度の分布に関する定義をしておく。ＯＨ基濃度は、主たる光軸方向と平行な方向から赤外線の吸収量により測定されたＯＨ基濃度（単位はｗｔｐｐｍ）であって、円柱体をなす光学部材用合成石英ガラスの任意の１本の直径上で走査し測定される。測定走査直線上に座標軸ｒを定め、合成石英ガラスの中心軸を座標原点Ｏ、および光学的に有効な領域の外郭位置の有効半径をＲと定義する。すなわち、ｒの範囲は−Ｒ〜＋Ｒである。さらに、座標軸ｒを有効半径Ｒで除して無次元化した座標ｒ’に置き換える。ｒ’に対するＯＨ基濃度の回帰曲線を式（５）の２次関数で表す。ａ、ｂはフィッティングパラメータである。なお、式（５）の定義からも明らかなように、ＯＨ基濃度分布が上に凸の形状をしている場合は係数ａ（以降ではＯＨ基濃度分布の２次係数ともいう）は負の値となり、一方、下に凸形状である場合は係数ａは正の値となる。
【００６８】
Ｙ＝ａｒ’２＋ｂ  ・・・（５）
【００６９】
式（１−１）を満たすように制御する場合、１０２０℃以上の１点の温度から急冷を開始し、その温度から８５０℃以下のいずれかの温度まで、３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却することが好ましい。ただし、急冷を開始する温度が１２００℃を超えると、光軸方向の複屈折率の大きさが著しく大きくなってしまうため、１２００℃以下が好ましい。また、この急冷過程は８００℃以下のいずれかの温度まで行われることがより好ましい。また、急冷速度は速いほど主たる光軸方向の進相軸を式（１−１）の範囲へ制御するために有効である一方、過度に速い場合は同方向の複屈折の大きさが大きくなるおそれがある。したがって、１０℃／ｈｏｕｒ以上５０℃／ｈｏｕｒ以下がより好ましく、１５℃／ｈｏｕｒ以上３０℃／ｈｏｕｒ以下がさらに好ましい。
【００７０】
なお、上記の急冷を開始する直前の冷却速度は、合成石英ガラスの紫外線照射による耐久性を向上させるべく仮想温度を下げるために、ゆっくり冷却させることが良く、１１００℃から急冷開始温度までの平均冷却速度は１．３℃／ｈｏｕｒ以下が好ましい。１℃／ｈｏｕｒ以下がより好ましく、０．７℃／ｈｏｕｒ以下がさらにより好ましい。ここで、この平均冷却速度とは、１１００℃から急冷開始温度の温度差を、その温度差の冷却に要した時間で除した値を指す。
【００７１】
この場合において、合成石英ガラス体の、式（５）におけるＯＨ基濃度分布の２次係数ａは、−１ｐｐｍ以上＋２０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００７２】
さらには、式（１−３）を満足するためには、上記急冷開始温度は１０２０℃以上１０５０℃未満であり、８５０℃以下の温度までこの冷却速度が継続され、かつ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａが−１ｐｐｍ以上＋５ｐｐｍ未満であることが好ましい。より好ましい範囲は、急冷開始温度は１０３０℃以上１０４０℃以下であり、８００℃以下の温度まで継続され、かつ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａが−１ｐｐｍ以上＋３ｐｐｍ以下である。      
【００７３】
式（１−２）を満たすように制御する場合、９００℃以上１０２０℃未満の１点の温度から急冷を開始し、その温度から８５０℃以下のいずれかの温度まで、３℃／ｈｏｕｒ以上１００℃／ｈｏｕｒ以下の冷却速度で冷却することが好ましい。急冷を開始する温度は、９３０℃以上１０００℃以下がより好ましく、また、８００℃以下のいずれかの温度まで継続されることがより好ましい。進相軸方向を放射方向に制御させる場合、あまり速い急冷は接線方向になるおそれがあるため、３℃／ｈｏｕｒ以上３０℃／ｈｏｕｒ以下がより好ましく、３℃／ｈｏｕｒ以上１０℃／ｈｏｕｒ以下がさらに好ましい。
【００７４】
なお、上記の急冷を開始する直前の冷却速度は、合成石英ガラスの紫外線照射による耐久性を向上させるべく仮想温度を下げるために、ゆっくり冷却させることが良く、１℃／ｈｏｕｒ以下が好ましい。さらには０．５℃／ｈｏｕｒ以下がより好ましく、０．２℃／ｈｏｕｒ以下がさらにより好ましい。
この場合において、合成石英ガラス体の、式（５）におけるＯＨ基濃度分布の２次係数ａは、−２２ｐｐｍ以上−１ｐｐｍ未満であることが望ましい。
【００７５】
さらには、式（１−４）を満足するためには、急冷開始温度が９５０℃以上１０２０℃未満であり、８５０℃以下の温度まで継続され、かつ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａが−７ｐｐｍ以上−１ｐｐｍ未満であることが好ましい。より好ましい範囲は、急冷開始温度が９６０℃以上１０００℃以下であり、８００℃以下の温度まで継続され、かつＯＨ基濃度分布の２次係数ａが−５．５ｐｐｍ以上−１．０ｐｐｍ未満である。
【００７６】
さらには、合成石英ガラス以外の材料、例えば水晶やフッ化カルシウムなどからなる光学部材を同一光学系に含む場合の光路積算複屈折率の低減のためには、組み合わされる合成石英ガラス以外の材料からなる光学部材の複屈折率によっては、光学部材用合成石英ガラスの光軸方向の平均複屈折率は、以下のような、ゼロからやや離れた範囲を満たすことが良い場合がある。
【００７７】
−０．６≦ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ＜−０．３        ・・・（１−５）
＋０．３＜ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙ≦＋０．６        ・・・（１−６）
【００７８】
なお、式（１−５）、式（１−６）に記載の数値の単位はｎｍ／ｃｍであり、波長６３３ｎｍの光によって測定された値である。
【００７９】
光軸方向の平均複屈折率を式（１−５）の範囲とするためには、急冷開始温度の制御が効果的であり、急冷開始温度を１０５０℃以上１１００℃以下とすることが好ましく、８５０℃以下の温度まで継続されることが好ましい。さらには急冷開始温度を１０６０℃以上１０８０℃以下とし、８００℃以下の温度まで継続されることがより好ましい。一方、ＯＨ基濃度の分布形状については、上記２次係数ａが０ｐｐｍ以上＋１１ｐｐｍ以下の範囲であれば良いが、＋５ｐｐｍ以上＋８ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００８０】
一方、式（１−６）を満足するためには、急冷開始温度による制御はあまり有効でなく、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａの制御が効果的であり、−１３ｐｐｍ以上−７ｐｐｍ未満であることが好ましい。−９ｐｐｍ以上−８ｐｐｍ以下であることがより好ましい。急冷開始温度の好ましい範囲は、式（１−４）を満たす際の範囲と同じであり、９５０℃以上１０２０℃未満が好ましく、８５０℃以下の温度まで継続されることが好ましい。さらには急冷開始温度は９６０℃以上１０００℃以下、また８００℃以下の温度まで継続されることがより好ましい。
【００８１】
合成石英ガラスにおけるＯＨ基濃度分布は、多孔質石英ガラス体のかさ密度（多孔質石英ガラス体の見かけの単位体積あたりの質量）、ならびに、多孔質石英ガラス体の脱水工程の温度と時間により制御することができる。脱水工程とは、気体原料を火炎加水分解させて合成した多孔質石英ガラス体を、緻密ガラス化させる直前に、減圧または真空状態で、かつ高温下で水分を除去する工程をいう。
【００８２】
例えば、−１ｐｐｍ以上＋５ｐｐｍ未満のＯＨ基濃度分布の２次係数ａを得るためには、かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３以上０．４５ｇ／ｃｍ３以下の多孔質石英ガラス体を用い、温度を１１００℃以上１２５０℃以下に設定し、５０Ｐａ以下の減圧雰囲気で、６０時間以上保持することが好ましい。ただし、およそ１００時間以上保持すると、還元性欠陥が生じる恐れがあるため、上限を９５時間とすることが良い。
【００８３】
また、−７ｐｐｍ以上−１ｐｐｍ未満のＯＨ基濃度分布の２次係数ａを得るには、かさ密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３未満の多孔質石英ガラス体を用い、温度と圧力は上記と同様にしつつ、保持時間を４０時間以上６０時間未満とすることが好ましい。
【００８４】
また、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａが０ｐｐｍ以上＋１１ｐｐｍ以下となるためには、かさ密度が０．３３ｇ／ｃｍ３以上０．５５ｇ／ｃｍ３以下の多孔質石英ガラス体を用い、温度と圧力は上記と同様にしつつ、保持時間を６５時間以上９５時間以下とすることが好ましい。
【００８５】
また、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａが−１３ｐｐｍ以上−７ｐｐｍ未満とするためには、かさ密度が０．１５ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３未満の多孔質石英ガラス体を用い、温度と圧力は上記と同様にしつつ、保持時間を２０時間以上４０時間未満とすることが好ましい。
【００８６】
ただし、上記のかさ密度の数値や脱水工程の条件は、好ましい範囲を示すことにすぎず、上記の範囲や手法に限られるものではない。
【００８７】
なお、本発明における、多孔質石英ガラス体のかさ密度の測定方法は次のように行う。気相反応合成により得られた直後の、およそ円柱形状になっている多孔質石英ガラス体の直径および長さを非接触式寸法測定器を用いて測定し、体積を算出する。その後大気雰囲気にて１３５０℃、３時間保持により熱処理を行い、合成成長させる際に用いられる基板などを完全に取り除いた後、多孔質合成石英ガラス体の重量を台秤で測定する。この重量を先に算出した体積で除してかさ密度を求める。
【００８８】
また、本発明の光学部材は、波長６３３ｎｍの光に対し、主たる光軸方向における屈折率分布Δｎが２×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であり、オフ軸方向における屈折率分布Δｎが５×１０−６ｎｍ／ｃｍ以下であるのが好ましい。このような構成により、主たる光軸方向成分およびそれに垂直な成分のそれぞれの波面収差の劣化が抑制され、露光装置の結像特性の向上に寄与する。
【００８９】
また、光学部材は、ＯＨ基濃度の最大値が１００ｐｐｍ以下であるのが好ましく、７０ｐｐｍ以下であるのがより好ましく、５０ｐｐｍ以下であるのがさらに好ましい。このような構成により、高いレーザー耐久性を有する合成石英ガラスからなる光学部材を提供することが可能となる。ＯＨ基は露光装置において使用される、合成石英ガラスからなる光学部材のレーザー耐久性に対して深く関与していると言われており、低減をすることによりレーザー耐久性に優れた光学部材を提供することができる。
【００９０】
ＯＨ基濃度は以下のように測定する。主たる光軸に垂直な面に対し合成石英ガラスの外縁から１０ｍｍを除いた内側の領域にて、赤外分光光度計により１０ｍｍ間隔で測定を行い、２．７μｍ波長での吸収ピークからＯＨ基濃度を求める（Ｊ．Ｐ．Ｗｉｉｌｉａｍｓ  ｅｔ．ａｌ．，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｃｉｅｔｙ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，５５（５），５２４，１９７６）。本法による検出限界は０．１ｐｐｍである。
【実施例】
【００９１】
以下に本発明の具体的な例として、実施例および比較例を示す。例１〜６は実施例であり、例７は比較例である。【００９２】
（例１）
ＳｉＣｌ４を酸水素炎中に導入し、火炎中で合成された石英ガラス微粒子を基板に堆積させ、多孔質石英ガラス体を形成した。得られた多孔質石英ガラス体のかさ密度は０．３４ｇ／ｃｍ３であった。
この多孔質石英ガラス体を、５Ｐａの減圧雰囲気下で１２５０℃にて９０時間保持し、その後１５００℃に昇温して、３時間保持し、透明ガラス化し、透明石英ガラス体を得た。
透明石英ガラス体を１７００℃に加熱し成形加工を行い、円柱体に成形された成形石英ガラス体を得た。
次に、冷却工程として、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０８０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０８０℃から７８０℃までを７℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【００９３】
このようにして得た合成石英ガラス体の主たる光軸方向に垂直な面内でのＯＨ基濃度、複屈折率および屈折率分布、ならびにオフ軸方向の複屈折率および屈折率分布を測定した。合成石英ガラス体の有効径の領域にて、ＯＨ基濃度測定を、フーリエ変換赤外分光計により１０ｍｍ間隔で測定した。また複屈折率を、ヘテロダイン法を利用した複屈折率測定機(ユニオプト社製、型番ＡＢＲ１０Ａ)を用い、波長６３３ｎｍにて１０ｍｍの間隔の直交格子の各交点で測定した。ＯＨ基濃度の最大値は３２．２ｐｐｍ、またＯＨ基濃度分布を最小自乗法により式（５）でフィッティングし、その２次係数ａを求めると＋１０．３ｐｐｍであった。また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは−０．７ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは１．０×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は０．８ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは１．４×１０−６であった。【００９４】
（例２）
例１と同様にして、多孔質石英ガラス体を形成した。ただし、可燃ガス、支燃ガスの総流量を例１に比較して−１０％で行った。得られた多孔質石英ガラス体のかさ密度は０．２４ｇ／ｃｍ３であった。
この多孔質石英ガラス体を、５Ｐａの減圧雰囲気下で１２５０℃にて３５時間保持し、その後１５００℃に昇温して、３時間保持し、透明ガラス化し、透明石英ガラス体を得た。
透明石英ガラス体を１７００℃に加熱し成形加工を行い、円柱体に成形された成形石英ガラス体を得た。
次に、冷却工程として、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０５０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０５０℃から９５０℃までを０．５℃／ｈｏｕｒで、９５０℃から７８０℃までを４℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【００９５】
このようにして得た合成石英ガラス体について例１と同様の測定を行った。その結果、ＯＨ基濃度の最大値は１４．９ｐｐｍ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａは−１１．８ｐｐｍであり、また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは＋０．６ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは１．１×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は０．８ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは３．３×１０−６であった。【００９６】
（例３）
例１と同様にして、多孔質石英ガラス体を形成した。
この多孔質石英ガラス体を、５Ｐａの減圧雰囲気下で１２５０℃にて７０時間保持し、その後１５００℃に昇温して、３時間保持し、透明ガラス化し、透明石英ガラス体を得た。
透明石英ガラス体を１７００℃に加熱し成形加工を行い、円柱体に成形された成形石英ガラス体を得た。
次に、冷却工程として、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０５０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０５０℃から１０３０℃までを０．５℃／ｈｏｕｒで、１０３０℃から７８０℃までを２０℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【００９７】
このようにして得た合成石英ガラス体について例１と同様の測定を行った。その結果、ＯＨ基濃度の最大値は２３．４ｐｐｍ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａは＋２．１ｐｐｍ、また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは−０．２３ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは０．４×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は０．１ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは４．６×１０−６であった。【００９８】
（例４）
例１と同様にして、多孔質石英ガラス体を形成した。ただし、可燃ガス、支燃ガスの総流量を例１に比較して−４％で行った。得られた多孔質石英ガラス体のかさ密度は０．２８ｇ／ｃｍ３であった。
この多孔質石英ガラス体を、５Ｐａの減圧雰囲気下で１２５０℃にて４８時間保持し、その後１５００℃に昇温して、３時間保持し、透明ガラス化し、透明石英ガラス体を得た。
透明石英ガラス体を１７００℃に加熱し成形加工を行い、円柱体に成形された成形石英ガラス体を得た。
次に、冷却工程として、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０５０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０５０℃から９９０℃までを０．５℃／ｈｏｕｒで、９９０℃から７８０℃までを１０℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【００９９】
このようにして得た合成石英ガラス体について例１と同様の測定を行った。その結果、ＯＨ基濃度の最大値は１９．１ｐｐｍ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａは−２．０ｐｐｍ、また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは＋０．０４ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは０．１×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は０．４ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは３．１×１０−６であった。【０１００】
（例５）
例１と同様にして、多孔質石英ガラス体を形成した。
この多孔質石英ガラス体を、５Ｐａの減圧雰囲気下で１２５０℃にて８０時間保持し、その後１５００℃に昇温して、３時間保持し、透明ガラス化し、透明石英ガラス体を得た。
透明石英ガラス体を１７００℃に加熱し成形加工を行い、円柱体に成形された成形石英ガラス体を得た。
次に、冷却工程として、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０５０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０５０℃から７８０℃までを２５℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【０１０１】
このようにして得た合成石英ガラス体について例１と同様の測定を行った。その結果、ＯＨ基濃度の最大値は２５．８ｐｐｍ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａは＋５．４ｐｐｍ、また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは−０．５ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは０．５×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は０．２ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは３．５×１０−６であった。【０１０２】
（例６）
例１と同様にして、多孔質石英ガラス体を形成した。ただし、可燃ガス、支燃ガスの総流量を例１に比較して−７％で行った。得られた多孔質石英ガラス体のかさ密度は０．２６ｇ／ｃｍ３であった。
この多孔質石英ガラス体を、５Ｐａの減圧雰囲気下で１２５０℃にて４８時間保持し、その後１５００℃に昇温して、３時間保持し、透明ガラス化し、透明石英ガラス体を得た。
透明石英ガラス体を１７００℃に加熱し成形加工を行い、円柱体に成形された成形石英ガラス体を得た。
次に、冷却工程として、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０５０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０５０℃から９６０℃までを０．５℃／ｈｏｕｒで、９６０℃から７８０℃までを１０℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【０１０３】
このようにして得た合成石英ガラス体について例１と同様の測定を行った。その結果、ＯＨ基濃度の最大値は１７．３ｐｐｍ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａは−８．１ｐｐｍ、また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは＋０．４５ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは０．８×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は０．３ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは４．０×１０−６であった。【０１０４】
（例７）
例１と同様にして、成形石英ガラス体を得た。
冷却工程における急冷開始温度を９００℃を下回る温度とした。すなわち、成形石英ガラス体を１３００℃に昇温し２０時間保持した。その後、１３００℃から１１５０℃までを２℃／ｈｏｕｒで、１１５０℃から１０５０℃までを１℃／ｈｏｕｒで、１０５０℃から８８０℃までを０．５℃／ｈｏｕｒで冷却した後、８８０℃から７８０℃までを７℃／ｈｏｕｒで冷却し、合成石英ガラス体を得た。【０１０５】
このようにして得た合成石英ガラス体について例１と同様の測定を行った。その結果、ＯＨ基濃度の最大値は３１．０ｐｐｍ、ＯＨ基濃度分布の２次係数ａは＋８．８ｐｐｍ、また光軸方向の平均複屈折率ＡｖｅＢＲｃｏｓ２θｘｙは−０．８ｎｍ／ｃｍであり、また光軸方向における屈折率分布Δｎは１.０×１０−６であった。一方、オフ軸方向の最大複屈折率は１．６ｎｍ／ｃｍ、オフ軸方向における屈折率分布Δｎは２．２×１０−６であった。【０１０６】
例１〜７の実験条件、結果をそれぞれ、表１、表２にまとめた。【０１０７】
【表１】
0005499337.tif 000002
【０１０８】
【表２】
0005499337.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の光学部材は、種々の光源を有する光学装置のレンズ、プリズム、フォトマスク、窓材など種々の部材の製造に用いられ、好適な光学装置の提供に有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
Ｏ：合成石英ガラスの中心軸の位置
Ｐ：複屈折評価点
ＦＨ：上下面に対し平行なオフ軸方向の進相軸
ＦＶ：主たる光軸方向に対し平行なオフ軸方向の進相軸
Ｆ２：複屈折評価点Ｐにおける主たる光軸方向における進相軸
ＤＸＹ：複屈折評価点Ｐにおける進相軸Ｆ２とＸ軸とのなす角度
ＲＸＹ：原点Ｏと複屈折評価点Ｐとを結ぶ直線とＸ軸とのなす角度
１０：合成石英ガラス
２０：両凸レンズ
３０：機能膜（反射防止膜）
４０：機能膜付き光学部材
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005499337.tif 000005
【図１Ｃ】
0005499337.tif 000006
【図１Ｄ】
0005499337.tif 000007
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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